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Le prix Hannes Alfvén 2014 a été décerné à Patrick Mora

Directeur de recherche au CNRS et directeur de l’Institut Lasers et Plasmas, professeur de physique et ancien directeur du Centre de Physique Théorique, Patrick Mora a reçu le prix Hannes Alfvén.

Il est le 2e français à recevoir ce prix de l'European Physical Society, d’envergure internationale.  Il a été récompensé pour ses travaux sur les plasmas créés par laser.

Que représente ce prix pour vous ?

Une grande satisfaction. J’avais déjà reçu des prix nationaux, décernés par la Société Française de Physique et par l’Académie des Sciences, mais jamais de prix international. Un peu moins de la moitié des précédents lauréats sont européens et le pays le plus récompensé est les États-Unis avec un tiers des lauréats. Un seul français avait reçu ce prix jusqu’à aujourd’hui, il s’agit de Paul-Henri Rebut, X1955. Pour obtenir un tel prix, il est important, quels que soient ses mérites, d’être défendu par sa communauté scientifique. À cet égard, j’ai bénéficié de l’investissement de certains de mes collègues dans différentes organisations scientifiques européennes ou internationales, et en particulier de celui de Sylvie Jacquemot, directrice adjointe du Laboratoire d'Utilisation des Lasers Intenses (LULI), qui y œuvre très efficacement.

Quels sont les domaines d’application des plasmas créés par laser ?

Au départ, disons à partir des années 60-70, on étudiait les plasmas créés par laser dans le contexte de la fusion thermonucléaire contrôlée. L’idée était d’irradier une toute petite cible (de la taille d’un millimètre) d’un combustible contenant des isotopes de l’hydrogène pour la comprimer et la chauffer et finalement y déclencher des réactions de fusion nucléaire, produisant une quantité considérable d’énergie, un peu sur le modèle d’une bombe à hydrogène, miniaturisée. Ensuite, il s’agissait de récupérer l’énergie produite pour alimenter des turbines et fabriquer de l’électricité, comme dans une centrale nucléaire à fission. Ce concept de centrale à fusion reste d’actualité, mais on rencontre des difficultés techniques qui retardent sa mise en œuvre.

Chemin faisant, d’autres applications potentielles des plasmas créés par laser sont apparues. À partir des années 80,  il a été proposé de les utiliser pour concevoir de nouvelles techniques miniaturisées d’accélération de particules pour remplacer les accélérateurs actuels beaucoup trop volumineux. On sait en effet transférer une partie de l’énergie du laser à des électrons ou des ions – en général des protons – ainsi portés à des vitesses très élevées, très proches de la vitesse de la lumière dans le cas des électrons, comme dans les accélérateurs de particules qui permettent de sonder la structure microscopique de la matière. En ce qui concerne les ions, ces nouvelles techniques pourraient avoir des applications médicales très utiles en protonthérapie, utilisée dans le traitement des cancers, où les protons déposent localement leur énergie dans la tumeur, en épargnant les tissus sains qui sont autour. On sait aussi utiliser le plasma comme un transformateur de photons (on appelle photons les grains de lumière), qui, à partir d’un rayonnement infra-rouge ou visible, fabrique du rayonnement X aux propriétés plus intrusives, parfois sous forme d’impulsions ultra-courtes permettant de sonder des dynamiques ultra-rapides, comme la dynamique de réactions chimiques.

Existe-t-il aujourd’hui un prototype opérationnel d’accélérateur de particules utilisant les plasmas créés par laser ?

Pas exactement, et il y encore un certain nombre de difficultés à surmonter. Pour ne citer qu’un seul exemple, l’une d’entre elles est de réussir à créer des faisceaux strictement mono-énergétiques : les plasmas créés par laser produisent en effet des paquets de particules qui en général ne possèdent pas la même vitesse – on parle de dispersion des vitesses. En physique des hautes énergies, le caractère mono-énergétique des faisceaux utilisés est une exigence absolue, pour pouvoir contrôler les collisions des particules, génératrices de nouvelles particules, et pour pouvoir analyser ces évènements. Dans le cas de la protonthérapie, la dispersion des vitesses est également un handicap car elle empêche les particules de déposer leur énergie en un point précis – au cœur de la tumeur –, au risque d’irradier les tissus sains voisins.

Quelle est la place de la France dans le domaine ?

La France est très en pointe dans ce domaine, avec des installations en fonctionnement au LULI, au Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), et au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA-Saclay), ou encore des installations en construction sur le plateau de Saclay avec le laser Apollon du LULI ou à Bordeaux avec le laser Mégajoule du CEA, installations qui ont peu d’équivalents au niveau international.

L’École polytechnique et ses équipes de chercheurs jouent d’ailleurs un rôle essentiel dans l’organisation de la recherche en France et en Europe dans ce domaine. Dès 1977, Edouard Fabre, qui fut un peu plus tard le premier directeur du LULI, créait, avec le soutien de Guy Laval et René Pellat du Centre de Physique Théorique (CPHT), le groupement de recherche « Interaction laser-matière », structure nationale qui fédérait une douzaine de laboratoires. Cette structure est d’une certaine façon l’ancêtre de l’actuel Institut Lasers et Plasmas, que je dirige actuellement, et dont tous les directeurs précédents étaient également chercheurs à l’École polytechnique.

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